HYDROXYAPATIT: ŠTRUKTÚRA, SYNTÉZA, KRYŠTÁLY A POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Hydroxyapatitu je fosforečnan vápenatý minerálne, ktorého chemický vzorec je Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Spolu s inými minerálmi a zvyškami rozdrvenej a zhutnenej organickej hmoty tvorí surovinu známu ako fosfátová hornina. Termín hydroxyskupina označuje OH ^- anión .

Keby to bol namiesto tohto aniónu fluorid, minerál by sa nazýval fluoroapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ , atď. S inými aniónmi (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– atď.). , hydroxyapatit je hlavnou anorganickou zložkou kostí a zubného skloviny, prevažne prítomnou v kryštalickej forme.

Je teda životne dôležitým prvkom v kostných tkanivách živých bytostí. Jeho veľká stabilita voči iným fosforečnanom vápenatým mu umožňuje odolávať fyziologickým podmienkam, čo dodáva kostiam charakteristickú tvrdosť. Hydroxyapatit nie je sám: plní svoju funkciu sprevádzanú kolagénom, vláknitým proteínom v spojivových tkanivách.

Hydroxyapatit (alebo hydroxylapatit) obsahuje ióny Ca2 ⁺ , ale v jeho štruktúre môže obsahovať aj ďalšie katióny (Mg ²⁺ , Na ⁺ ), nečistoty, ktoré zasahujú do iných biochemických procesov v kostiach (napr. Ich remodelovanie).

štruktúra

Horný obrázok znázorňuje štruktúru hydroxyapatitu vápenatého. Všetky oblasti zaberajú objem jednej polovice šesťuholníkovej „zásuvky“, pričom druhá polovica je totožná s prvou.

V tejto štruktúre zelené gule zodpovedajú katiónom Ca2 ⁺ , zatiaľ čo červené gule zodpovedajú atómom kyslíka, oranžové gule atómom fosforu a biele gule vodíkovému atómu OH ^- .

Fosfátové ióny na tomto obrázku majú tú chybu, že nevykazujú tetraedrickú geometriu; namiesto toho vyzerajú ako pyramídy so štvorcovými základňami.

OH ^- vyvoláva dojem, že sa nachádza ďaleko od Ca ²⁺ . Kryštalická jednotka sa však môže opakovať na streche prvej, čo ukazuje tesnú blízkosť oboch iónov. Podobne môžu byť tieto ióny nahradené inými (napríklad Na ⁺ a F ^- ).

syntéza

Hydroxylapatit je možné syntetizovať reakciou hydroxidu vápenatého s kyselinou fosforečnou:

10 Ca (OH) ₂ + 6 H ₃ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ + 18 H ₂ O

Hydroxyapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ), je vyjadrená dvoma jednotkami vzorca Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

Podobne je možné hydroxyapatit syntetizovať pomocou nasledujúcej reakcie:

10 Ca (NO ₃ ) _2. 4H ₂ O + 6 NH ₄ H ₂ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ + 20 NH ₄ NO ₃ + 52 H ₂ O

Regulácia rýchlosti zrážania umožňuje tejto reakcii vytvárať hydroxyapatitové nanočastice.

Kryštály hydroxyapatitu

Ióny sú kompaktné a rastú tak, že vytvárajú silný a tuhý biokryštál. Používa sa ako biomateriál na mineralizáciu kostí.

Potrebuje však kolagén, organickú podporu, ktorá funguje ako forma jeho rastu. Tieto kryštály a ich komplikované formovacie procesy budú závisieť od kosti (alebo zuba).

Tieto kryštály rastú impregnované organickou hmotou a použitie techník elektrónovej mikroskopie ich podrobne uvádza na zuboch ako tyčinkovité agregáty nazývané hranoly.

aplikácia

Lekárske a stomatologické použitie

Vďaka svojej podobnosti vo veľkosti, kryštalografii a zloženiu s tvrdým ľudským tkanivom je nanohydroxyapatit atraktívny pre použitie v protetike. Nanohydroxyapatit je okrem toho netoxický alebo zápalový biologicky kompatibilný, biologicky aktívny a prírodný.

V dôsledku toho má nanohydroxyapatitová keramika rôzne aplikácie vrátane:

- Pri chirurgii kostných tkanív sa používa na vyplnenie dutín pri ortopedických, traumatických, maxilofaciálnych a stomatologických operáciách.

- Používa sa ako povlak pre ortopedické a zubné implantáty. Je to desenzibilizačné činidlo používané po bielení zubov. Používa sa tiež ako remineralizačné činidlo v zubných pástach a pri včasnom ošetrovaní dutín.

- Implantáty z nehrdzavejúcej ocele a titánu sa často poťahujú hydroxyapatitom, aby sa znížila miera ich odmietnutia.

- Je to alternatíva k alogénnym a xenogénnym kostným štepom. Čas hojenia je v prítomnosti hydroxyapatitu kratší ako v jeho neprítomnosti.

- Syntetický nanohydroxyapatit napodobňuje hydroxyapatit, ktorý sa prirodzene vyskytuje v apatite dentínu a skloviny, vďaka čomu je výhodný na použitie pri oprave a začlenení skloviny do zubných pást, ako aj do ústnych vôd.

Iné použitia hydroxyapatitu

- Hydroxyapatit sa používa vo vzduchových filtroch motorových vozidiel na zvýšenie ich účinnosti pri absorpcii a rozklade oxidu uhoľnatého (CO). To znižuje znečistenie životného prostredia.

- Syntetizoval sa komplex alginátu a hydroxyapatitu, že terénne testy ukázali, že je schopný absorbovať fluorid prostredníctvom mechanizmu výmeny iónov.

- Hydroxyapatit sa používa ako chromatografické médium pre proteíny. Má kladné náboje (Ca ⁺⁺ ) a záporné náboje (PO ₄ ^-3 ), takže môže interagovať s elektricky nabitými proteínmi a umožniť ich oddelenie iónovou výmenou.

- Hydroxyapatit sa tiež používa na podporu elektroforézy nukleových kyselín. Je možné oddeliť DNA od RNA a jednovláknovú DNA od dvojvláknovej DNA.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Hydroxyapatit je biela tuhá látka, ktorá dokáže zachytiť šedivé, žlté a zelenkavé tóny. Pretože ide o kryštalickú pevnú látku, má vysoké teploty topenia, čo naznačuje silné elektrostatické interakcie; pre hydroxyapatit je to 1100 ° C.

To je hustejšia ako voda, s hustotou 3,05 - 3,15 g / cm ³ . Okrem toho je prakticky nerozpustný vo vode (0,3 mg / ml), ktorá je spôsobená fosfátovými iónmi.

V kyslom prostredí (ako v HCl) je však rozpustný. Táto rozpustnosť je v dôsledku tvorby chloridu vápenatého ₂ , vysoko rozpustné soli vo vode. Podobne, fosfáty sú protonizované (HPO ₄ ^2- a H ₂ PO ₄ ^- ) a vzájomne pôsobia k lepšiemu stupňu s vodou.

Rozpustnosť hydroxyapatitu v kyselinách je dôležitá v patofyziológii kazu. Baktérie v ústnej dutine vylučujú kyselinu mliečnu, produkt fermentácie glukózy, ktorý znižuje pH povrchu zuba na menej ako 5, takže sa hydroxyapatit začína rozpúšťať.

Fluór (F ^- ) môže nahradiť OH ^- ióny v kryštalickej štruktúre. Ak sa tak stane, poskytuje rezistenciu voči hydroxyapatitu zubného skloviny proti kyselinám.

Je možné, že tento odpor môže byť v dôsledku nerozpustnosti CAF ₂ vytvorené, odmieta "dovolenke" kryštálu.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie, strany 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hydroxylapatit. Našiel sa 19. apríla 2018, z: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatit, jeho význam v mineralizovaných tkanivách a jeho biomedicínska aplikácia. TIP Specialized Journal in Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5. novembra 2015). Hydroxyapatit. , Zdroj: 19. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25. novembra). Hüdroksüapatiidi kristallid. , Zdroj: 19. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Zdroj: 19. apríla 2018, z: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Kost. Našiel sa 19. apríla 2018, z: c14dating.com